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MLC16C-070
MECHATROLINK協会
事務局代表
三輪 卓也
2016.11.16
JIIA殿主催 Industry 4.0 セミナー
「Industry 4.0 に対するフィールドネットワーク市場の動向とビジョンシステムのフィールドネットワーク対応による将来性について」
2
目次
１．Industry 4.0及び各種ネットワークに関する市場動向
２．フィールドネットワークの市場動向について
３．ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応に対する将来性
について
「Industry 4.0 に対するフィールドネットワーク市場の動向と
ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応による将来性について」
MLC16C-070
１． Industry 4.0及び各種ネットワークに関する市場動向
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１-1．Industry 4.0とは
Industry 4.0とは：ドイツ政府が中心となって第4次産業革命の位置づけとして、提唱。ＩＴ技術「サイバーフィジカルシステム（Cyber Physical System）」を活用した新たな
モノづくりであり、それを具体化するスマートファクトリ-の実現と捉えられている。
第１次産業革命：
蒸気機関による機械化
第2次産業革命：
電力の活用による大量生産
第3次産業革命：
PLCなど電気とITを組み合わせたエレクトロニクスによるオートメーション化
第4次産業革命：
「サイバーフィジカルシステム（Cyber Physical System）」に基づく、新たなモノづくり
生産性
19世紀 1970年代 2010年代18世紀
１-2．Industry 4.0の背景
新興国 先進国
大規模・他品種大量生産 多品種変量生産
市場縮小
アプリケーション多機能化
内需拡大
先進国企業の製造工場増加
低コスト化
高付加価値
ニーズ多様化
市場トレンド
市場拡大
各市場でのニーズは異なる！！
ドイツをはじめ先進国が市場環境の変化に危機感。ものづくりの革新（製造業の生き残り）への取り組みを強化。
１-3．Industry 4.0に対する各国の取り組み
Industry 4.0に対する各国の取り組み：新たなものづくりの実現に向け、各国が中心になり主要企業を巻き込んみ標準化
を含めた主導権争いを実施中。
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Indstrie4.0(ドイツ）
Industrie4.0プラットフォーム運営委員会・ABB AG・Hewlett Packard GmbH・Robert Bosch Industrietreuhand KG・Bosch Rexroth AG・IBM Deutschland GmbH・SAP Deutschland AG & Co. KG・Deutsche Telekom AG・Infineon Technologies AG・Siemens AG・FESTO AG & Co. KG・PHOENIX CONTACT Electronics GmbH・ThyssenKrupp AG・TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH・WITTENSTEIN AG・Technische Universität Darmstadt
１-3．Industry 4.0に対する各国の取り組み
Industry 4.0に対する各国の取り組み：新たなものづくりの実現に向け、各国が中心になり主要企業を巻き込んみ標準化
を含めた主導権争いを実施中。
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Industrie4.0(ドイツ）
・ロボット革命イニシアティブ協議会(RRI:日本)
RRI運営幹事(企業）・㈱小松製作所・日本電気㈱・パナソニック㈱・ファナック㈱・富士通㈱・三菱電機㈱
１-3．Industry 4.0に対する各国の取り組み
Industry 4.0に対する各国の取り組み：新たなものづくりの実現に向け、各国が中心になり主要企業を巻き込んみ標準化
を含めた主導権争いを実施中。
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Industrie4.0(ドイツ）
・ロボット革命イニシアティブ協議会(RRI:日本)
IVI幹事会員・㈱IHI・オムロン㈱・川崎重工業㈱・㈱神戸製鋼所・小島プレス工業㈱・㈱今野製作所・㈱ダイフク・㈱東芝・トヨタ自動車㈱・㈱豊田中央研究所・㈱ニコン・日本電気㈱・パナソニック㈱・㈱日立製作所（代表幹事）・ブラザー工業㈱・富士通㈱・マツダ㈱・三菱電機㈱（副代表幹事）・㈱安川電機
・Industrial Value Chain Initiative(IVI:日本)
１-3．Industry 4.0に対する各国の取り組み
Industry 4.0に対する各国の取り組み：新たなものづくりの実現に向け、各国が中心になり主要企業が標準化を含めた主
導権争いを実施中。
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Industrie4.0(ドイツ）
・ロボット革命イニシアティブ協議会(RRI:日本)
Industrial Internet Consortium（IIC：米国）
中国製造2015(中国）
・Industrial Value Chain Initiative(IVI:日本)
Founding & Contributing Members
１-4．Industry 4.0の目指す世界
Industry 4.0の目指す世界とは：IT技術「サイバーフィジカルシステム（Cyber Physical System：CPS）」を活用した新
たなモノづくりであり、それを具体化するスマートファクトリ-の実現と捉えられている。
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生産準備 生産管理・在庫管理 販売管理保守・保全
アフターサービス製品設計企画
PLM
IT系
FA系
ERP
MES
SCADA
PLC,NC,RC,MC
サーボ、インバータ、I/O、センサ
情報系ネットワーク
コントローラ間ネットワーク
フィールドネットワークデータ収集
データ蓄積
データ解析
対策適用
CPSIT技術：M2MCloudAIOPC-UA・・・等
IT-FAの情報連携
１-5．Industry 4.0の課題
Industry 4.0実現に向けた課題：IT技術の活用は新たなものづくりを実現するため手段。今までのものづくりの何を改善するのかをとらえることが重要。
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生産準備 生産管理・在庫管理 販売管理保守・保全
アフターサービス製品設計企画
PLM
IT系
FA系
ERP
MES
SCADA
PLC,NC,RC,MC
サーボ、インバータ、I/O、センサ
情報系ネットワーク
コントローラ間ネットワーク
フィールドネットワークデータ収集
データ蓄積
データ解析
対策適用
CPS
IT-FAの情報連携
工場の見える化：生産モニタリング、生産性改善、稼働率改善・・・等
生産設備の予防保全：メンテナンス計画、稼働率
（ダウンタイム）改善、・・・等
IT技術：M2MCloudAIOPC-UA・・・等
１-６．Industry 4.0に対する各社取り組み
Industry 4.0に対する各社取り組み：各社が、自社製品を活用した自社工場による実証を積極的に展開。その活動の中で、FA企業とIT企業の連携が活発化。
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・シーメンス×松下(2016/4)電子機器産業におけるオートメーション規格の
共同開発を合意製造プロセスのライン統合及びオートメーション
構想に関するパートナーシップを構築
•安川電機×IBM（2016/6）安川電機のロボットとIBMのAI技術を利用したロボットの稼働率向上（予知・予防保全）の実現
・ファナック×ロックウェル(2016/1)ファナックのロボット/CNCとロックウェルの
MESとの接続し、稼働状況の見える化（つながる工場）を実現
・ファナック×シスコ(2016/1)ファナックのロボット及びその解析技術とシスコ
のIoTソリューションとの接続し、ロボットの稼働率向上（予知・予防保全）の実現
・ファナック×NAVDIA（2016/10)ファナックのロボット及びその解析技術と
NAVDIAのAI技術を利用したロボットの操作の簡単化と高知能化を実現
・日立製作所×ServiceNow Inc（2016/7）日立の統合システム運用管理ソフトウェアと、 ServiceNow
Inc のSaaS型ITサービスマネジメントを連携させ、企業のITサービスマネジメントのさらなる最適化を実現するソリューションの提供
•三菱電機×インテル（2014/9)インテルの IoT 技術と三菱電機の e-F@ctory ソリューションが
組み合わさることで、障害予測などの革新的な機能を提供し、工場の生産性向上を実現
•三菱電機×e-Factoryパートナー三菱電機のPLCを軸にした e-F@ctory ソリューションとの連携
のため、IT企業やコンポーネント企業など連携を実施
２．フィールドネットワークの市場動向について
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14
２-1．フィールドネットワークの位置づけ
フィールドネットワークの位置づけ
コントローラ間ネットワーク
フィールドネットワーク
上位情報系ネットワーク
フィールドネットワークは、ネットワークの階層の中で、一番下位に位置づけされます。
フィールドネットワークの中でも、特にアクチュエータ制御や、IO制御など、システムを駆動
したり制御情報を入力するための機器がつながるネットワークを、一般的に「モーション・
ネットワーク」と呼びます。（これに対し、I/O用途のネットワークは「I/Oネットワーク」）
モーション・ネットワークに必要な要件には、高速性、定周期性、同期性、低ジッター、多
ノード接続、サイクリックと非サイクリック通信などが挙げられます。
サーボ、リモートI/O、
センサ、情報入出力
機器
MC、PLCなど末端の
機器をコントロール
する製品
パネルコンピュータ
やパソコンなど
生産管理システム、
保全システムなど
PLC
Servo Servo I/O Servo I/O Servo INV I/O I/O
NC
Spindle
MC
motion networkI/O network
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ネットワーク 国 開発元 推進団体 URL
MECHATROLINK 日本 安川電機 MECHATROLINK協会（MMA） www.mechatrolink.org
EtherCAT ドイツ Beckhoff EtherCAT Technology Group (ETG) www.ethercat.org
PROFIBUS / PROFINET ドイツ Siemens PROFIBUS & PROFINET International (PI) www.profibus.com
ETHERNET POWERLINK ｵｰｽﾄﾘｱ B&R ETHERNET POWERLINK Standardization
Group (EPSG)
www.ethernet-powerlink.org
Ethernet/IP, DeviceNet,
CompoNet
米国 Rockwell Automation Open DeviceNet Vendors Association (ODVA) www.odva.org
SERCOS ドイツ ABB, Bosch, Indramat Sercos International e.V. www.sercos.org
CC-LINK / CC-LINK IE 日本 三菱電機 CC-LINK Partner Association (CLPA) www.cc-link.org
SynqNet 米国 MEI SynqNet Interest Group www.synqnet.org
VARAN bus ｵｰｽﾄﾘｱ Sigmatek “VARAN-BUS-NUTZERORGANISATION"
(VNO)
www.varan-bus.net
ネットワーク 国 企業 URL
SSCNET-III/H 日本 三菱電機 （SSCNETパートナー会） www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/cnt/ssc/affiliates/partner/
Realtime Express 日本 パナソニック （パートナー会） industrial.panasonic.com/jp/i/25000/n_minas_a4n/n_minas_a4n/rtex.html
CUnet, HLS 日本 ステップテクニカ www.steptechnica.com
Motionnet 日本 日本パルスモーター www.pulsemotor.com/products/motionnet.html
motionCAT 日本 ハイバーテック www.hivertec.co.jp/products/haisen/
A-Link, A-net 日本 アルゴシステム www.algosystem.co.jp
DMCNET 台湾 DELTA ELECTRONICS, INC (台湾) www.delta.com.tw/product/em/motion/dmc/dmc_main.asp
NCUC bus 中国 中国NCメーカ（GSK、瀋陽高精など） ー
Open network
Private network
２-2．主なフィールドネットワーク
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FL-net (OPCN-2)
ドイツ
オーストリア
アメリカ
日本
２-2．主なオープンネットワーク:国別
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ODVA(DeviceNet, Ethernet/IP)
CLPA(CC-LINK)
ETG(EtherCAT)
EPSG(Powerlink)
MMA(MECHATROLINK)
PI(Profibus & Profinet)
SI(Sercos)
VNO(VARAN)
CiA(CAN/CANopen)
CANopen
CANopen
Sercosprofile
CIP SafetyDeviceNetはCAN(物理層)を使用
CANopen
各団体の持つネットワーク技術による協力関係
CoE : CAN application protocol over EtherCATSoE : Servo drive profil over EtherCAT
日本
日本
ｵｰｽﾄﾘｱ
ドイツ
ドイツ
ｱﾒﾘｶ
ドイツドイツ
ｵｰｽﾄﾘｱ
相互接続の協業(2015/11発表)
PI もPRしている。
2-3.主なオープンネットワーク団体の関係
18
2-4.主なオープンネットワーク団体の取り組み
IT系との情報連携に向けて、コントローラネットワークをサポートする団体は、OPCFoundationと連携強化。
⇒OPC-UAでセキュリティを確保しながらIT系システムへの情報連携と標準化が加速
2016/4 2015/4
IT系
FA系
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■モーションネットワーク（MECHATROLINK、EtherCAT、SSCNETなど）
通信サイクル
Slave1 Slave2 Slave3
Master→Slave
Slave→Master
■I/Oネットワーク（DeviceNet、CC-LINKなど）
• 定周期性の保証
→たとえば、1msサイクルの通信であれば、1msサイクルを保証。
• 同期の仕組みがある
→複数のスレーブが同期して動作する仕組みを持っている。
• ジッタ(Jitter; 時間の揺らぎ)が1usec以下
→各ノード間におけるジッタが1usecである。
このジッタが小さいほど、同期性が高い。
（通信データの送受信タイミングの揺らぎではなく、各スレーブのコマンドデータの
処理タイミングの揺らぎのこと。）
Slave1
Slave1 Slave2
Slave2
Slave3
処理開始
処理開始
処理開始
I/Oネットワークではコマンド受信したタイ
ミングで各スレーブが処理を開始するため、
スレーブ同士は同期していない。
• 定周期性は保証されない
→通信データサイズにより、通信時間は変化する。
サイクリックな通信は可能だが、Best Effort方式となる。
• 同期の仕組みはない
→複数のスレーブは通信データを受信したタイミングで処理を開始する。（下図参照）
要件
２-5．フィールドネットワークの種類：モーションネットワークとI/Oネットワーク
20
■モーションネットワーク（MECHATROLINK、EtherCAT、SSCNETなど）
■I/Oネットワーク（DeviceNet、CC-LINKなど）
• 複数スレーブでの補間運転も可能。（同期性、ｻｲｸﾘｯｸ通信、時間確定性）
• サーボ側に速度プロファイル等を持った位置決め動作も可能。（コマンド）
• 速度指令、トルク指令も可能。（コマンド）
• I/Oネットワークでもサーボ等のアクチュエータを接続可能だが、この場合、
アクチュエータ側に速度プロファイル等を持ち、その運転の起動、停止を通信
経由で行うことになる。
• 複数スレーブ間の同期性がないため、補間運転は出来ない。
• 速度指令、トルク指令も可能とは思われるが、一般に上位で位置ループ、速度
ループを組むことは無い。
PositionControl
VelocityControl
TorqueControlMotion
Profile
Motor
Encoder
補間指令
位置決め
サーボが持つ
速度プロファイル等に
よる移動
速度指令 トルク指令
モーション用途で使用すると・・・
２-5．フィールドネットワークの種類：モーションネットワークとI/Oネットワーク
21
Network 物理層 伝送速度 伝送周期 同期性 リトライ
機能
IEC61158 /
IEC61784
IEC61800-7
(PDS)
備考
MECHATROLINK-Ⅲ Ethernet 100 Mbps 31.25us～ Yes Yes Yes No
EtherCAT Ethernet 100 Mbps 10us～ Yes No Yes Yes
(IEC61800-7-301,
IEC61800-7-304)
Sercos-Ⅲ Ethernet 100 Mbps 31.25us～ Yes No Yes Yes
(IEC61800-7-304)
PROFINET IRT Ethernet 100 Mbps 250us～ Yes No Yes Yes
(IEC61800-7-303)
Ethernet/IP with CIP
Motion
Ethernet 100 Mbps 200us～ Yes
(CIP Sync)
No Yes Yes
(IEC61800-7-302)
CC-LINK IE Field
Motion
Ethernet 1 Gbps 111us～ Yes No Yes Yes
(IEC61800-7-301)
CC-LINK IE Field
Basic
Ethernet 100 Mbps Yes No No No
SynqNet Ethernet 100 Mbps ZMP : 20.8us
XMP : 62.5us
Yes No No No
VARAN Ethernet 100 Mbps <100us～ Yes Yes No No
SSCNET-Ⅲ/H ？ 150 Mbps 222us～ Yes No No No 111usがあるとの噂あり
Realtime Express Ethernet 100 Mbps 83us～ Yes No No No
motionnet
motionCAT
RS-485 2.5, 5, 10,
20 Mbps
120 us / 8 slave
240 us / 16 slave
480 us / 32 slave
970 us / 64 slave
No No No No 同期性は無い通信だが、
半導体業界に入り込んで
いる。
アプリ層(サーボコマンド関連)
物理層/DL層/アプリ層
２-6．フィールドネットワーク：Motion 用途向けネットワーク概要
22
IEC 61158(Communication Layers)
IEC 61784-1(Communication Profiles)
IEC 61784-2(Realtime Ethernet RTE)
IEC 61784-3(Safety Communication)
IEC 61784-4(Security)
IEC 61784-5(Installation)
-1Overview
-2Physical
Layer
-3 Data link Service, Type 1,2,3,4..., 24
-4 Data link Protocol, Type 1,2,3,4..., 24
-5 Application Layer Service, Type 1,2,3,4..., 24
-6 Application Layer Protocol, Type 1,2,3,4..., 24
IEC61784-4 は各ネットワーク用個別の仕様、IEC61918が共通の要求仕様。
IEC61784-5 は各ネットワーク用個別の仕様、IEC62443が共通の要求仕様。
MECHATROLINK-II/III(Type24)
-3-1FF SIF
-3-2CIP Safety
-3-3PROFIsafe
-3-6INTERBUS
Safety
-3-8CC-LINKSafety
-3-12EtherCAT
Safety
-3-13Powerlink
Safety
CIP
CIPFF PROFIBUS PROFINET
MECHATROLINK-II/III
EtherCAT Powerlink
CIPFF PROFIBUS PROFINET
フィールドネットワークに対するIEC規格は、主なオープンフィールドネットワークが対応済み
MECHATROLINKは、type24として追2014年の改版追加され、現在は、FL-netやADSnetの追加が審議中。
２-7．フィールドネットワーク：主なオープンネットワークのIEC規格対応について（IEC61158 / 61784）
3.ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応による将来性について
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図 ビジョンセンサの適用例
・ビジョンセンサはイーサネット、制御機器(デバイス)はフィールドバスで別々のネットワークで接続
・ビジョンセンサのトリガや照明制御は専用のI/Oで接続
課題：
・コントローラ内のイーサネットデータ処理の遅延でフィールドバスの通信と同期がとれない
・コントローラにセンサトリガ用のI/O I/Fが必要
・モーション制御と撮影データとのトレーサビリティ
3-1. FA装置におけるビジョンシステムの適用例と課題
FAシステム機器としてビジョンセンサ等のイーサネットI/F機器が普及。モーションとビジョンを含むシステムのさらなる付加価値向上に向けては、モーションに連携するセンサとの連携が課題
ビジョンｺﾝﾄﾛｰﾗ
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3-2. JIIA殿とMECHATROLINK協会（MMA)との協業について
×日本インダストリアルイメージング協会 MECHATROLINK協会
マシンビジョンのMECHATROLINK対応に向けた検討開始で合意！
インバータ
コントローラ
サーボ サーボ
I/O
M-Ⅲ/ビジョンセンサアダプタ
イーサネット
ビジョンセンサ
I/O
MECHATROLINK-Ⅲ
(スレーブ)
(スレーブ)
(マスタ)
(スレーブ)(スレーブ)
(スレーブ)
イーサーネット（IIDC2）
（IIDC2）
照明
IIDC2をベースにMECHATROLINK
対応における技術課題と仕様の標準化（実証デモ）を進める
他フィールドネットワークを含めた標準化活動の実施
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Y軸
X軸
Z軸
基板、ケースなど
θ軸ノズル
トレー
電子部品など
MC
ｻｰﾎﾞ
3-3.ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例
搬送軸
θ軸Z軸搬送軸
カメラ
カメラ
照明
照明
検査部
MECHATROLINK-Ⅲ
IIDC2/IOコントロール（照明）
PLC
ビジョンコントローラ
電子部品の実装機（マウンタ）のイメージ
設定ツール
Ethernet
・ビジョンセンサはイーサネット、制御機器(デバイス)はフィールドバスで別々のネットワークで接続・ビジョンセンサのトリガや照明制御は専用のI/Oで接続
⇒システムとしては、非同期
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Y軸
X軸
Z軸
基板、ケースなど
θ軸ノズル
トレー
電子部品など
MC
ｻｰﾎﾞ
3-3.ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例
搬送軸
θ軸Z軸搬送軸
カメラ
カメラ
照明
照明
検査部
MECHATROLINK-Ⅲ
IIDC2/IOコントロール（照明）
PLC
ビジョンコントローラ
電子部品の実装機（マウンタ）のイメージ
設定ツール
Ethernet
・ ビジョンセンサの画像処理結果およびI/O入力データ（撮影トリガ、証照明制御）をM-Ⅲ通信周期に同期してM-Ⅲマスタ機器に送信・ ビジョンセンサの検出結果をコントローラを経由せずにサーボが直接参照可能（他局モニタ機能）・ M-Ⅲマスタ機器の指令に同期してI/O出力可能
⇒高速化とデータ管理の一元化が可能
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スレーブが、他のスレーブとマスタとの通信データをモニタ可能。これにより、ビジョンコントローラの払いだしたアライメントデータをサーボドライブが読み取り直接動作させることが可能*1
3-3.ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例
MECHATROLINK-Ⅲの特徴 ： 他局モニタ
他局モニタ機能
このデータを1軸目のスレーブ内で利用することで、高速応答化が可能
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3-3.ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例
ビジョンシステムをMECHATROLINK対応することで、データの一元管理が可能。MECHATROLINKのメッセージ通信機能とメッセージ中継機能を使用することで、コント
ローラに負荷を与えることなく、データをMESやクラウドへの転送が可能。
ビジョンセンサ
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メッセージ通信対応システム
・・・
MECHATROLINK-Ⅲスレーブ
I/Oスレーブ
マスタ
Ethernet
無線LANAP
HUB
Wi-Fi経由による見える化
HMI、PC
Message communication
タブレットから各種操作が可能！
表示灯制御
3-3.ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例
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現状（メッセージ通信未対応システム）
WiFi/LAN
トラブルが発生した場合には・・・
！
プログラム、写真、レポートなど
オフラインでの解析、調査、対策検討など。。。
各ツール 各ツール
3-3.ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例
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3G回線
M2Mデータセンタクラウドシステム
M2Mシステム
インターネット
！
クラウドサービス
Wi-Fi/LAN
各ツール
M2MモジュールMMLink3G
（安川情報システム殿）
クラウドサービス画面 MMCLoud（安川情報システム殿）
各ツール
オンラインで各種ツールの使用が可能
ポイント!
クラウドでのデータ蓄積、管理が可能
メッセージ通信対応システム
作業性、工数など削減やデータの一元管理が可能！
3-3.ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例
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まとめ
Indstry4.0やIoT活用の流れの中で、IT系システムとFA系システムの接続に関しては、各社、各団体が標準化に向けた取り組みを強化。
コントローラ間ネットワークは、Ethernet/Ethernet IP、Profinet、OPC-UAなど標準化が加速
フィールドネットワークに関しては、装置性能の差別化と、各社コンポーネントサプライや等の思惑などもあり、IEC規格の対応からしても当面標準化は進まない。
（装置内コントローラが、IT系システムへのゲートウェイとして対応）
ビジュアルフィードバックなど、生産装置や工場のさらなる付加価値向上のためには、ビジョンシステムの高機能・高性能化に合わせてフィールドネットワーク対応が重要
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